SU756231A1 - Пьезоэлектрический преобразователь усилии 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения преимущественно статических усилий.

Известны преобразователи усилий, выполненные на основе пьезоэлементов, в которых измеряемое усилие, прикладывается к пьезоэлементу через демпфирующие прокладки. Выходной сигнал снимаемый с пьезоэлемента, изменяется за счет изменения площади фактического контакта между поверхностями пьезоэлемента и прокладок [1].

Однако площади соприкасающихся поверхностей изменяются случайным образом, поэтому данные преобразователи не обеспечивают требуемой точности. Кроме того, они имеют ограниченный диапазон измерения усилий.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь усилий, в котором пьезоэлемент, возбуждаемый от генератора, жестко связан с торцовой поверхностью резонатора, выполненного в виде пустотелого цилиндра. Измеряемое усилие, приложенное к резонатору, создает в нем механические напряжения, что приводит к изменению скорое2

ти звука в нем и нарушению резонансного режима колебаний резонатора. Это приводит к изменению его акустического сопротивления для пьезоэлемента и соответственно к изменению выходного сигнала пьезоэлемен₅ та. Пьезоэлемент в данном преобразователе не подвержен действию усилия, что приводит к повышению точности измерения и расширения диапазона измерения усилий [2].

Недостатком данного преобразователя явЮ ляется то, что пьезоэлемент непосредственно связан с резонатором и под действием измеряемого усилия происходит деформация резонатора в месте сочленения его с пьезоэлементом. Таким образом, выходной сигнал

₁₅ пьезоэлемента изменяется не только за счет изменения акустического сопротивления резонатора, но и за счет деформации пьезоэлемента вместе с резонатором, т.е. за счет тензоэффекта, поэтому точность преобразователя зависит от условий сочленения пье20 зоэлемента с резонатором и кроме того, деформация пьезоэлемента под действием измеряемого усилия приводит к снижению временной стабильности преобразователя усилий.

3

756231

Целью изобретения является повышение

стабильности, точности и чувствительности

измерений.

Указанная цель в преобразователе, содержащем резонатор, пьезоэлемент, соединенный с генератором, и измерительный прибор, достигается тем, что в него введены второй пьезоэлемент, подключенный к измерительному прибору, и два концентратора, при этом концентраторы сочленены с резонатором и жестко соединены с соответствующими пьезоэлементами, а резонатор и концетратор выполнены из одного материала, а также тем, что резонатор выполнен в виде крестовины из двух стержней круглого сечения, один из которых своими торцами сочленен с концентраторами, включенными согласно.

На фиг. 1 схематически изображен пре- ¹⁵ образователь для случая встречного включения концентраторов; на фиг. 2—преобразователь для случая согласного включения концентраторов.

Преобразователь состоит из резонатора 1 ₂₀ и сочлененных с ним концентратора 2 , к которому жестко присоединен пьезоэлемент 3, подключенный к генератору электрических колебаний и концентратора 4 с жестко присоединенным к нему пьезоэлементом 5, подключенным к измерительному прибору. 25

Устройство работает следующим образом.

Генератор возбуждает в пьезоэлементе 3 механические колебания, энергия которых через согласующий концентратор 2 передается в резонатор 1. Дальнейшая концентрация энергии ультразвуковых колебаний осу- ^ϊ0 ществляется концентратором 4, возбуждающим приемный пьезоэлемент 5. Измеряемое сжимающее усилие, приложенное к торцам рёзонатора, создает механические напряжения в резонаторе, вызывающие изменение 35 его акустического сопротивления.

Таким образом, в зависимости от величины измеряемого усилия происходит изменение акустической прозрачности тракта преобразования и, следовательно, количества ультразвуковой энергии, поступающей из возбуждающего пьезоэлемента в приемный. Это приводит к изменению показаний измерительного прибора, по которому судят о величине

приложенного усилия. Концентраторы могут быть включены встречно (фиг. 1). С целью обеспечения передачи ультразвуковой энергии приемному элементу с минимальными потерями, т.е. с целью повышения чувствительности концентраторы могут быть соединены согласно, а резонатор выполнен крес тообразной формы, две пары торцов которого сочленены с концентраторами, а две другие пары воспринимают измеряемую нагрузку (фиг. 2). Введение согласно или встречно включенных концентраторов и второго пьезоэлемента позволяет исключить непосредственное воздействие измеряемого усилия на пьезоэлементы, что приводит к повышению надежности, чувствительности и стабильности акустического тракта преобразователя, а повышенная моночастотность акустического тракта повышает точность преобразователя.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Пьезоэлектрический преобразователь усилий, содержащий резонатор, пьезоэлемент, соединенный с генератором и измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности измерений, в него введены второй пьезоэлемент, подключенный к измерительному прибору и два концентратора, при этом концентраторы сочленены с резонатором и жестко соединены с соответствующими пьезоэлементами, а резонатор и концентраторы выполнены из одного материала.
2. 2. Преобразователь по π. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, резонатор выполнен в виде крестовины из двух стержней круглого сечения один из которых своими торцами сочленен с концентраторами, включенными согласно.